DE2938272C2 - Vorrichtung zum reibschlüssigen Befestigen einer Nabe auf einer Welle - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eice Vorrichtung zum reibflüssigen Befestigen einer Nabe auf eine - Welle, bei welcher zwischen Nabe und Welle eine diese miteinander verspannende zweiteilige, spreizfähige Hülse angeordnet ist mit einer zylindrischen Innenhülse und einer diese umgebenden zylindrischen Außenhülse, zwischen denen mindestens ein durch eine Schraube betätigtes Spannteil zum Spreizen von Innenhülse und Außenhülse vorgesehen ist.

Es sind verschiedene feste Kupplungen bekannt, du: z. B. von einer Welle ein Drehmoment ungedämpft auf die Nabe eines Rades übertragen. Von den zahlreichen Typen sei ζ B. die Scheibenkupplung genannt, bei welcher zwei Scheiben mit ihrer Nabe auf zwei miteinander zu kuppelnde Wellenenden, gegebenenfalls mit verschiedenem Durchmesser, aufgeschoben, mit einer Paßfeder oder einem Keil drehfest gemacht und durch Paßschrauben so fest verschraubt werden, daß der entstehende Reibschluß das Drehmoment übertragen kann.

Der Widerstand gegen Verdrehen oder Verschieben der Nabe gegenüber der Welle wird durch die Haftkraft an der Berührungsfläche der Maschinenteile erzeugt. In manchen Fällen, z. B. bei aufgesetzten Zahnrädern, soll nur ein guter Sitz gewährleistet werden. In dem vorstehend beschriebenen Fall wird die Übertragung eines Drehmomentes gefordert, und deshalb müssen Keile oder Paßfedern eingelegt werden. Es ist auch bekannt, Kurbeln und Zahnkränze aufzuschrumpfen, wobei in jedem Falle das Drehmoment durch Reibung übertragen wird. Diese ist unter anderem von der Rauhigkeit der Oberfläche und ihrer Flächenpressung abhängig, die wiederum durch die Spannung im aufgeschrumpften Teil gegeben ist.

Bei den bekannten Klemmsitzen mit geteilter Nabe oder auch beim Preßsitz müssen die einzelnen Maschinenelemente aufwendig bearbeitet werden, und außerdem sind diese bekannten Befestigungsverbindungen zwischen Welle und Nabe zumeist an rotationssymmetrische Formen gebunden.

Auch das Lösen der bekannten Maschinenelemente bereitet nach dem einmaligen Herstellen der kraftschlüssigen Verbindung erhebliche Schwierigkeiten.

ίο Andere herkömmliche, lösbare Verbindungen bleiben oft unvollkommen, weil ein Rest elastischer Verformung oder Atmung zum Ausschlagen, Passungsrost usw. führt, so daß diese bekannten Verbindungen sehr rasch unbrauchbar werden. Deshalb verwendet man dann den absoluten Kraftschluß, um solche Schwierigkeiten auszuschalten.

Bekannt sind bei Vorrichtungen zum Befestigen einer Nabe an einer Welle auch Keile, die als Kraftübertragungsmittel wirken. Mit ihnen kann mit verhältnismäßig kleiner Kraft in Längsrichtung des Keils (bei großem Weg) eine große Kraftwirkung, nämlich die Keilwirkung, senkrecht zu den Keilflächen (bei kleinem Weg) erzielt werden. Der Keil wird als scharfkantiges Spaltwerkzeug aus Stahl verwendet und kann verschiedene Formen haben, z. B. Längskeile. Scheibenkeile, Einlege- bzw. Treibkeile usw. In jedem Fall muß die Welle jedoch speziell bearbeitet sein, insbesondere muß sie einen abgeflachten Teil aufweisen, zumeist sogar eine Nut. wie z. B. bei der Keilwelle mit einer Anzahl Längsnuten, in denen die Keile dann als kraftschlüssige Verbindung dienen.

Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art ist aus der DE-OS 20 32 441 bekannt. Dort sind Spannteile mit schrägen Flächen derart vorgesehen, daß durch Hereindrehen einer Schraube Innen- und Außenhülse gespreizt werden können und eine Radialpressung ausgeübt wird. Zwar wird bei dieser bekannten Befestigungsvorrichtung die Spreizwirkung von Keilflächen ausgenutzt, es handelt sich aber um eine

w verhältnismäßig aufwendige Konstruktion mit vielen verschiedenen Teilen, wie z. B. ein fnnenring, ein in radialem Abstand von diesem angeordneter Außenring, Innendruckstücke, Außendruckstücke, Schrauben usw. Auch die Montage ist nicht ganz einfach, weil der radiale

■»5 Abstand zwischen Innen- und Außenhülse einjustiert werden muß. Ferner ist eine zuverlässige axiale Festlegung zwischen den einzelnen Teilen, insbesondere Welle. Innenhülse. Außenhülse und Nabe, nicht einwandfrei gewährleistet.

Aus der DE-AS 20 48 643 ist ferner ein Spannsatz zur Nabenbefestigung bekannt, der aus einem konischen Innen- und einem konischen Außenspannring besteht, wobei die konischen Flächen die Berührungsflächen sind. Zwangsläufig muß beim Verspannen mit derartigen Befestigungsvorrichtungen ein Verschieben zwischen Innenhülse und Außenhülse erfolgen. Abgesehen von den aufwendigen Herstellungsarbeiten für derartige Spannringe und der genauen Anbringung der Bohrungen, die teilweise mit Gewinde versehen sind, kann eine solche Vorrichtung nicht überall eingesetzt werden. Die axiale Festlegung der einzelnen Teile, insbesondere zwischen Innen- und Außenhülse auch dann, wenn die Spannschrauben angezogen werden, ist bei vielen Anwendungen unabdingbar. Der Einsatz konischer

t>i Hülsen, die sich beim Festspannen sogar axial noch verschieben, ist daher häufig unerwünscht und wirtschaftlich kaum zu vertreten.
Ähnlich verhält es sich bei dem Aufbau nach dem

DE-GM 77 32 362, wonach zwei konische Spannhülsen mit Schrauben nur unter axialem Verschieben zueinander die nötige Spreizwirkung ergeben.

Aus dem DE-GM 76 39 766 ist ferner eine Nabe mit zentrischer Bohrung zur Aufnahme einer Welle bekannt. Die Welle soll gegen die Nabe dadurch festgelegt werden, daß ein Steg gegen die Welle gedrückt wird. Dieser Steg ist aber Teil der Nabe selbst. Er wird dadurch gebildet, daß im Nabenkörper achsparallel eine Ausnehmung angeordnet wird, neben der weitere Ausfräsungen in Form eines Schlitzes angeordnet werden. Zwischen den genannten Ausfräsungen und der konisch ausgebildeten Bohrung einerseits und der zentralen Bohrung der Nabe andererseits befindet sich der elastisch verformbare Steg. Man erkennt, daß die Herstellung aufwendig und die Montage kompliziert ist, denn es handelt sich nicht um eine zwischen Nabe und Welle anzuordnende Befestigungsvorrichtung, sondern die Nabe selbst muß speziell bearbeitet sein.

Es ist auch noch eine weitere Ausführungsform bekannt, bei welcher die Ausnehmuhg als Vierkant ausgestaltet ist. Ersichtlich ist die Bearbeitung eine* Vierkantes aber noch aufwendiger, zumal sich der ohnehin notwendige Aufwand für den länglichen Schlitz dadurch nicht erübrigt. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß durch die einseitige Spanneinrichtung Unrundläufer zu befürchten sind.

In der DE-PS 6 15 176 ist ferner eine Vorrichtung beschrieben zum Befestigen von Kreismessern auf Wellen. Bei dieser Vorrichtung ist die Messernabe aufgeschlitzt und hat eine Bohrung, die kleiner als der Durchmesser der das Messer aufnehmenden Welle ist. Diese Befestigungsvorrichtung ist sehr speziell. Außerdem können nur schwache Kräfte übertragen werden. Um nämlich die geometrische Form der Bauteile nicht zu ändern, darf die Bohrung nicht viel kleiner ausfallen als der Wellendurchmesser. Damit ist aber die Befestigungskraft sehr gegrenzt, wodurch ersichtlich wird, daß die bekannte Befestigungseinrichtung nur für -to die Übertragung kleiner Kräfte gebraucht werden kann.

Schließlich ist aus der GB-PS 8 17 028 eine Kupplungseinrichtung sehr aufwendigen Aufbaues bekannt. Besonders nachteilig ist hierbei die Schwächung der Welle durch deren Bearbeitung. Bedeutsam ist der -»5 große, aus der Formgebung der Teile ersichtliche Arbeitsaufwand, der für die Ausspa'ungen und die spezielle Ausgestaltung der vielen Einzelteile notwendig ist. Mit Nachteil wird auch die Universalität durch die Form der Teile sehr eingeschränkt, so daß die '"> Anwendung nur auf spezie^m Bereich möglich ist. Zur AnwenduKg der bekannten Vorrichtung muß man die Welle und Nibe gemeinsam festlegen und kann nicht auf normmäßige, glatte Wellen ohne Zusatzbearbeitung abstellen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Vorrichtung der eingangs näher bezeichneten Art dahingehend zu verbessern, daß man mit einfacheren geometrischen Formen und einfacher Bearbeitung der einzelnen Teile der Spannvorrichtung auskommt, eine einfachere «> Montage hat und teilweise auch genormte Bauteile einsetzen kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Innen- und Außenhülse über eine gemeinsame Trennfuge zur Bildung der spreizfähigen, zylindrischen <>=> Hülse direkt und formschlüssig aneinanderliegen. in der Trennfuge mindestens eine durch die Hülse iängs hindurchgehende kegeligt bohrung angeordnet ist. das Spannteil als in die kegelige Bohrung eingesetzter Kegelstift ausgebildet ist und daß stirnseitig an der Innen- und/oder Außenhülse eine Schulter angebracht ist. Bei der neuen Vorrichtung gibt es mit Vorteil keine axialen Verschiebungen beim Anziehen mehr, und die nachteiligen festen Passungen mit den genauen Bearbeitungen entfallen. Die Hülse gemäß der Erfindung ist mehr oder weniger spreizfähig auszugestalten, so daß mehr oder weniger große Toleranzen ausgeglichen werden können.

Im wesentlichen besteht das Verbindungstei! erfindungsgemäß aus lediglich drei Teilen, der Innehülse, der Außenhülse und dem Kegelstift. Dabei ist es zweckmäßig, wenn mindestens zwei Kegelstifte an der gemeinsamen Trennfuge angeordnet sind und bezüglich der Welle diametral gegenüberliegend angeordnet werden. Zur Vergrößerung des Kraftschlusses setzt man zweckmäßigerweise mehr als zwei Kegelstifte ein. Diese Kegelstifte bestehen aus einem kegelstumpfförmigen, länglichen Teil, an dessen dünnwandigem Ende ein Gewinde angeformt oder angeset?' ist. Innen- und Aiißenhülse, die ineinandergeschoben sind, werden an der gemeinsamen Trennfuge mit kegeligen Bohrungen verbohrt, in welche der Kegelstift so weit eingeschoben wird, daß das mit dem Gewinde versehene Ende am engen Teil der Bohrung ein Stück weit heraussteht. Nach Autlegen einer Unterlagscheibe wird eine Spannmutter auf das Gewinde geschraubt, mit deren Hilfe der Kegelstift mehr oder weniger kräftig in die Bohrung gezogen werden kann. Dadurch wird die Hülse gespreizt bzw. ausgeweitet, so daß sich Außen- und Innenfläche der spreizfähigen Hülse gegen die Nabe bzw. die Welle andrücken. Durch das Anziehen oder auch ein Einschlagen dieser Kegelstifte federt die Zone in der Nachbarschaft der Kegelstifte elastisch durch, bis das zu überbrückende Spiel ausgeglichen ist.

Es hat sich gezeigt, daß die Maschinenelemente und Kräfte so ausgestaltet und ausgelegt werden können, daß sich die Verformungen im elastischen Bereich abspielen, so daß sich nach dem Lösen der Kegelstifte alle Teile, d. h. die spreizfähige Hülse, wieder mühelos demor'ieren läßt und nachfolgend wiederum montiert werden kann.

Durch die zylindrische Ausbildung der aus'veilbaren Hülse wird beim Montieren die Position von halse zu Nabe und Welle aufrechterhalten, d. h. beim Anriehen erfolgt keine axiale Verschiebung, was bei den bekannten Federverbindungen oft nachteilig der Fall war.

Die an einer Stirnseite der Innen- und/oder Außenhülse vorgesehene Schulter erleichtert die Montage, weil die Innenhülse dann lediglich bis zum Anschlag an die Außenhülse geschoben zu werden braucht, so daß danach die kreisförmigen Stirnflächen beider hülsen bündig nebeneinanderliegen.

Wenn gemäß der Erfindung vorgesehen wird, daß die Innen- und/oder Außenhülse einen Axialschlitz aufweist, dann können nach dem gleichen Prinzip, wie oben erläutert, größere Herstellungstoleranzen überbrückt werden.

Vorteilhaft ist die Erfindung weiter dadurch ausgestaltet, daß die Außen- und/oder Innenflächen der spreizfähigen Hülse mit axialen und/oder radialen Kerbverzahnungen versehen ist/sind. Diese Ausführungsform ist für größere Kräfte, insbesondere für eine rutschfeste Drehmomentübertragung gedacht. Bei un-•erschiedlich harter Ausbildung der Materialverbindungen werden die Spitzen des härteren Werkzeuges in die

weicheren eindrigen. Die Oberfläche des Kontaktwerkstoffes wird dabei nicht wesentlich verändert. Hingegen wird durch die Einkerbungen eine beachtliche Scherfläche gebildet auch dann, wenn die Eindringtiefe nur 0.01 mm beträgt.

Grundsätzlich ist zwar auch eine Hülse als Verbindungsteil zwischen Nabe und Welle denkbar, die nur aus einem Stück besteht. In diesem Falle muß man dann aber mit engeren Herstelltoleranzen arbeiten, weil der Wirkbereich der durch die gespannten Kegelstifte spreizend nach außen wirkenden elastischen Bereiche (deiner sind.

Durch die kraftschlüssige Verbindung im Sinne der vorliegenden Erfindung können auch Vielkeilwellen, Mehrkantwellen usw. verkuppelt werden. Denkbar ist es auch, die Bohrung eines Zahnrades oder einer Riemenscheibe direkt mit der eingesetzten Hülse, die dann einstückig sein kann, in der beschriebenen Weise an der Trennfuge zwischen der eingesetzten Hülse und der ringförmigen Innenfläche der Rohning gemeinsam für die Kegelstifte zu verbohren.

Durch die bevorzugte Ausführungsform der zweiteiligen, spreizfähigen Hülse kann man erfindungsgemäß mit Vorteil genormte Bauteile einsetzen und erreicht die gewünschten zuverlässigen Wirkungen mit einfachen geometrischen Formen und Bearbeitungen.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen an zwei Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt

F i g. I schematisiert in der rechten bzw. linken Hälfte eine erste bzw. eine zweite Ausführungsform der spreizfähigen Hülse mit Kegelstift in axialer Richtung gesehen und

Fig. 2 eine Schnittansicht durch die Fig. 1 entlang der Linie H-Il.

Rechts von der in Fig. 1 gezeigten doppelten strichpunktierten Linie ist eine erste Ausfühirungsform der zweiteiligen, spreizfähigen Hülse gezeigt, die allgemein mit 10 bezeichnet ist. Sie besteht ebenso wie die zweiteilige, spreizfähige Hülse der linken Ausführungsform in Fig. I aus einer Innenhülse 1 und einer Außenhülse 2, die an ihrer gemeinsamen Trennfuge 11 mit kegeligen Bohrungen 5 in der dargestellten Weise verbohrt sind, wobei es sich hier um eine gerade Anzahl von Bohrungen handelt, die bezüglich der Achse paarweise diametral gegenüberliegend angeordnet sind. Dadurch ergibt sich die günstigste, symmetrische Verspannung.

Das Verspannen erreicht man durch den allgemein mit 3 bezeichneten Kegelstift, der lediglich bei der rechten Ausführungsform in Fig. 1 in der Draufsicht, in Achsrichtung gesehen, gezeigt ist. Sein genauerer

> Aufbau ist deutlicher aus der Schnittansichl der F i g. 2 ersichtlich. Dieser Schnitt geht in Fig. I durch den Kegelstift 3 hindurch und dEinn senkrecht auf die strichpunktierte Linie zu. um mich dem Auftreffen auf diese entlang derselben nach unten zu verlaufen. Der

i" obere Teil der zweiteiligen, spreizfähigen Hülse 10 ist in der Schnittansicht nicht dargestellt. Man erkennt die Innenhülse I und die Außenöülse 2, die rechts an miteinander zusammenwirkenden Schultern 12 in Anschlag gebracht sind, so daß ihre Stirnflächen rechts

ι» bzw. links in der gezeigten Weise bündig zueinander liegen. In der gemeinsamen Trennfuge 11 ist die spreizfähige Hülse 10 kegelstumpfförmig mit der Bohrung 5 versehen, und es ist angedeutet, daß das Material unter der strichpunktierten Linie 13 der F i g. 2

?i> 7nf inncnhülss 1 und dss über der Linie ·3 !'c&rcrtdc Material zur Außenhülse 2 gehört. Der Hauptkörper 14 des Kegelstiftes ist im wesentlichen an die Kegelstumpfform der Bohrung 5 angepaßt und wird in der in F i g. 2 dargestellten Weise in diese Bohrung 5 so weii

.'j eingeschoben, daß sein rechts vorn angesetzter Gewindezapfen 15 ein Stück weit aus der Stirnfläche 16 herausschaut. Eine Spannmutter 17 ist auf den Gewindestift 15 aufgeschraubt und verspannt den Hauptkf i^per 14 des Kegelstiftes 3 über die Unterlagscheibe 18 so, daß sich ein Ausweiten der zweiteiligen, spreizfähigen Hülse 10 ergibt.

Im Falle der in Fig. I in de- rechten Bildhälfte gezeigten Ausführungsform drücken sich durch das Einpressen der Kegelstifte 3 die Außenflächen 19 gegen die nicht dargestellte Nabe, während sich die Innenflächen 20 fest um die nicht dargestellte Welle spannen. Hierdurch ist ein einwandfreier Kraftschluß unter Überbrückung nicht unerheblicher Herstellungstoleranzen gewährleistet.

Bei der in F i g. 1 links dargestellten Ausführungsform wird dieser Kraftschluß, der im Falle der rechten Ausführungsform ausschließlich ein Reibschluß ist, durch die radialen und axialen Kerbverzahnungen 4 verbessert. Die sich durch das Eindringen der Spitzen in die jeweils gegenüberliegende Materialfläche ergebenden Scherflächen erhöhen die Kraftschlußwirkung noch erheblich.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum reibschlüssigen Befestigen einer Nabe auf einer Welle, bei welcher zwischen Nabe und Welle eine diese miteinander verspannende zweiteilige, spreizfähige Hülse angeordnet ist mit einer zylindrischen Innenhülse und einer diese umgebenen zylindrischen Außenhülse, zwischen denen mindestens ein durch eine Schraube betätigtes Spannteil zum Spreizen von Innenhülse und Außenhülse vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß Innenhülse (1) und Außenhülse (2) über eine gemeinsame Trennfuge (11) zur Bildung der spreizfähigen, zylindrischen Hülse (10) direkt und formschlüssig aneinanderliegen, in der Trennfuge (11) mindestens eine durch die Hülse (10) längs hindurchgehende kegelige Bohrung (5) angeordnet ist, das Spannteil als in die kegelige Bohrung (5) eingesetzter Kegelstift (3) ausgebildet ist und daß stirnseitig an der Innen- (1) und/oder Außenhülse (2) eine Schufen (12) angebracht ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innen- (1) und/oder Außenhülse (2) einen Axialschlitz aufweist

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Außen- (19) und/oder Innenflächen (20) der spreizfähigen Hülse (10, 1, 2) mit axialen und/oder radialen Kerbverzahnungen (4) versehen ist/sind.